超高分子质量聚乙烯纤维增强复合材料研究进展.pdf

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1、万方数据超高分子质量聚乙烯纤维增强复合材料研究进展／张玉芳等·405·超高分子质量聚乙烯纤维增强复合材料研究进展。张玉芳，庞雅莉(北京服装学院科技处，北京100029)摘要从不同应用领域复合材料对纤维和基体树脂性能要求的角度，详细综述了近年来有关超高分子质量聚乙烯纤维增强复合材料的研究状况，对UHMWPE纤维表面改性技术、不同类型树脂基体的浸润粘合性以及其它纤维与UHMWPE纤维混杂复合特性进行了比较。关键词超高分子质量聚乙烯纤维表面改性防弹材料混杂纤维TheResearchProgressinUHMWPEFiberReinforcedCompositesZHANGYufang，PANGY

2、ali(DepartmentofScienceTechnology，BeijingInstituteofClothingTechnology，Beijing100029)AbstractForthedifferentscopesofUHMWPEfiberreinforcedcompositesapplication，thepropertiesoffi—berandresinarerequireddifferently．Inthispaper，therecentresearchstatusofUHMWPEreinforcedfibercompositesisreviewed．Thediffe

3、rentmodificationtechniquesofUHMWPEfiber’Ssurface，thesoakageandeonglutirmtionofdif-ferentresinradixesandthehybridcompositesperformancearecarefullycompared．KeywordsUHMWPEfiber，surfacemodification，bulletproofcomposites，hybridfiber相对分子质量在(1～6)×106的聚乙烯，经凝胶纺丝一超拉伸后制成的超高分子质量聚乙烯(UHMwPE)纤维，具有与碳纤维和芳纶相媲美的比强度与

4、比模量，目前已被应用到军事、航空航天、海上、建筑、个体防护、汽车等复合材料领域[1矗]。然而由于UHMWPE纤维的热塑性、高度结晶性与高度取向性，使得它的耐热性和表面浸润性都较差，并且存在着一定的蠕变与应力松弛效应，所有这些特征缺陷都直接影响了UHMWPE纤维在复合材料中的广泛应用o“]。近年来，围绕着UHMWPE纤维表面特征缺陷及应用问题，科研人员主要在UHMwPE纤维改性、纤维与基体树脂的匹配及粘合性、UHMWPE纤维与其它纤维的混杂等方面开展了大量工作，以期提高UHMWPE纤维复合材料的界面结合强度。为了较全面地反映UHMWPE纤维增强复合材料的发展概况，本文将从纤维表面处理、树脂基

5、体的选择、UHMwPE纤维与其它纤维的混杂设计等角度，对近年来国内外UHMWPE纤维复合材料的研究情况做重点阐述。1不同表面处理对UI-IMWPE纤维增强复合材料的影响根据外来介质的作用方式与作用机理不同，纤维表面处理方法可分为表面刻蚀与表面接枝两大类。由于刻蚀与接枝所形成的UHMWPE纤维的表面结构状态不同，导致UHMWPE纤维增强复合材料的性能有很大区别。1．1表面刻蚀纤维表面刻蚀包括化学刻蚀和等离子体刻蚀两种。化学刻蚀(又叫浸蚀)处理方法是利用酸性氧化渡对UHMWPE纤维进行氧化，一方面使纤维表面生成含氧基团(C=O、COH、COOH等)，增加纤维与基体界面的相互吸引和相互扩散作用；

6、另一方面氧化液溶掉纤维表面的部分非晶区，使纤维表面变得粗糙，增加纤维的比表面积，从而提高纤维与树脂基体之间的粘结性[5]。就不同酸性氧化液而言，它对UHMWPE纤维的作用效果不仅与其酸性强弱有关外，还与纤维暴露在浸蚀液中的时间、温度等因素有关。AckleyM等[3]选用Cr03和K2Cr07处理UHMWPE纤维，发现在酸性催化的条件下，纤维表面的浸润程度显著增加，它与环氧树脂复合界面的粘结强度明显提高；Sil—verstein等[6]采用铬酸氧化处理聚乙烯纤维时发现，纤维的浸蚀氧化时间、温度与粘结性能之问有一最佳平衡值。随着纤维在浸蚀液中暴露时间的延长，层间剪切强度下降，纤维自身的强力也会

7、过度下降；被氧化后的纤维，其破坏机理由原纤剥离变成脆性断裂。等离子体刻蚀是借助于高能粒子轰击材料表面，使材料表面的分子共价键断裂，生成新的自由基，从而提高纤维材料表面的润湿性。等离子体刻蚀的处理效果主要与等离子种类、作用压力、轰击能量和纤维的暴露时间等因素有关。BrennanAB[7]将Spectra单一纤维在02、NH。、Ar、空气等不同等离子气体环境中进行处理，单纤维拉出实验测定表明，所有等离子处理都明显增加了纤维与